Podemos
definir la capacidad amortiguadora de un tampón como la cantidad
de ácido o base fuerte que puede neutralizar sufriendo un desplazamiento
de pH de una unidad (Figura de la derecha). Resulta evidente que la eficacia
amortiguadora está vinculada a dos factores:
- la concentración absoluta del sistema
- la proporción relativa de las formas disociada y sin disociar
Un sistema de acético y acetato concentrados (1M en cada componente, por ejemplo) tendrá el mismo pH que el mismo sistema a concentración 0,01M (100 veces más diluído). Sin embargo, la capacidad amortiguadora será mayor en el sistema más concentrado. En efecto, si añadimos 0,1 moles de HCl al sistema 1M (cuyo pH es 4,76), se transforman 0,1 moles de NaAc en HAc, y su pH baja a 4,67. En cambio, en el sistema 0,01M, la adición de HCl lo desborda por agotamiento del NaAc y queda HCl libre, lo que provocará un fuerte descenso del pH.
La
capacidad amortiguadora es máxima cuando el cociente sal/ácido es próximo
a la unidad (Figura de la derecha). Si tenemos 50 moléculas de acético
y 50 de acetato, el pH será igual al pK. A partir de este punto:
- Si añadimos 41 moléculas de NaOH, después de reaccionar con el ácido habrá 91 moléculas de sal (50 + 41) y nueve de ácido (50 - 41). La relación sal/ácido ha pasado de un valor 1 a un valor aproximado de 10, con lo cual, el pH habrá variado en una unidad (pH=pK+1).
- Si en este momento añadimos 8 moléculas de NaOH, reaccionaran con otras tantas de acético, y tendremos un total de 99 moléculas de sal (91+8) y 1 molécula de ácido (9 - 8). La relación sal/ácido es aproximadamente de 100, y el pH=pK+2
- Con una molécula más de NaOH se agota el sistema (100% sal)
- cualquier adición de NaOH provocará grandes cambios en el pH
De modo análogo, se observa que partiendo de un valor sal/ácido de uno (pH=pK),
- al añadir 41 moléculas de HCl se obtiene un pH = pK - 1
- con 8 moléculas más, el pH = pK - 2
- La siguiente molécula de HCl agotaría el sistema (100% ácido),
- cualquier adición de HCl provocará grandes cambios en el pH
La eficacia máxima del amortiguador, tanto para neutralizar ácidos como bases está en la zona de pH de mayor pendiente, que es la zona que abarca la flecha discontinua de la figura superior:
- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a bases está en el punto pH=pK-1/2. En este punto, la proporción de sal es del 24%, y hay que añadir un 52% de NaOH para que que el pH suba a pK+1/2, donde el porcentaje de la base es del 76%
- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a ácidos está a pH=pK+1/2, donde el % de la sal es del 76%, y admite un 52% de ácido para disminuir el pH en una unidad (pH=pK-1/2). donde el porcentaje de la sal es del 24%
A medida que nos alejamos de esa zona, la capacidad amortiguadora decrece.
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